Tiểu luận chỉ thị sinh học môi trường

Đối với động vật, đặc biệt những động vật bậc thấp, sự có mặt hay vắng mặt chúng trong môi trường nước nhất định có thể nhậndiện được chủng loại và nồng độ của các chất gây ô nhiễm mà kh

1.1 Khái niệm về môn học

1.2 Khái niệm về môn học chỉ thị sinh học môi trường

1.3 Cơ sở chỉ thị sinh học môi trường

1.4 Khả năng biến đổi để thích nghi của sinh vật khi môi trường thay đổi 1.5 Phân nhóm sinh vật chỉ thị

3.3 Sinh vật thăm dò và cảnh báo

3.4 Dấu hiệu sinh học

3.5 Chỉ số sinh học

3.6 Chỉ số đa dạng

3.7 Chỉ số tương đồng

3.8 Chỉ thị sinh thái và mô

4 Vai trò ý nghĩa của chỉ thị sinh học môi trường

4.1.Qúa trình nghiên cứu phát triển và sử dụng chirt hị sinh học môi trường

4.2 Vai trò của chỉ thị sinh học trong nghiên cứu, đánh giá và xử lý môi trường

4.3 Giám sát quan trắc sinh học môi trường

II CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG

2.1 Các phương pháp giám sát sinh

2.2 Phương pháp sử dụng chỉ thị sinh học của nghiên cứu ô nhiễm môi trường

III CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG NƯỚC

3.1 Đặc điểm môi trường nước

3.2 Hệ thống sinh vật chỉ thị đánh giá ô nhễm hữu cơ nguồn nước

3.3 Sinh vật phú dưỡng nguồn nước

3.4 Chỉ thị sinh học Oxy kim loại nặng nguần nước

IV- CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ

4.1.Đặc điểm về môi trường không khí và các chất gây ô nhiễm

4.2 Sinh vật chỉ thị ô nhiễm môi trường không khí

4.3 Giám sát sinh học

4.4 Một số ví dụ cây chỉ thị môi trường không khí

V- CHỈ THỊ SINH HOC MÔI TRƯỜNG ĐẤT

5.1 Đặc điểm môi trường đất và vấn đề đánh giá

5.2 Giun đất: Sinh vật chỉ thị cho độ phì nhiêu đất

5.3 Thực vật – chỉ thị các tính trạng các chất khoáng trong đất

PHẦN I: MỞ ĐẦU

Mọi sinh vật, kể cả con người trong đời sống đều chịu ảnh hưởng của cácđiều kiện vật lý, hóa học ở môi trường xung quanh Trên cơ sở hiểu biết ngàycàng sâu rộng mối quan hệ giữa sinh vật và môi trường, nhiều bí ẩn về mốitương tác này đã được khám phá Đối với thực vật, sự thiếu, thừa chất dinhdưỡng trong đất hoặc sự có mặt các chất ô nhiễm trong môi trường xẽ xuấthiện những dấu hiệu bất thường như bệnh vàng lá, bệnh vàng giữa các gân lá,những đốm hoại tử, thậm chí cành, lá bị cháy khô và dễ dàng có thể quan sátđược bằng mắt thường Đối với động vật, đặc biệt những động vật bậc thấp,

sự có mặt hay vắng mặt chúng trong môi trường nước nhất định có thể nhậndiện được chủng loại và nồng độ của các chất gây ô nhiễm mà không nhấtthiết phải tiến hành phân tích lý – hóa học Những sinh vật này gọi là sinh vậtchỉ thị môi trường và thông qua chúng có thể nhận diện được sự có mặt củacác chất và đánh giá chất lượng môi trường nhằm phục vụ cho việc giám sát

và quan trắc với ý nghĩa khoa học và thực tiễn lớn

Từ những năm 70 của thế kỷ XX, trên thế giới đã có nhiều nghiên cứu vàtập trung vào một lĩnh vực mới là ứng dụng những sinh vật tích tụ, mà chủyếu là thực vật để xử lý ô nhiễm môi trường đất, nước Đây là phương pháplành mạnh, thân thiện với môi trường, giá thành hạ, an toàn và hiệu quả cao,đảm bảo mỹ quan nguyên vẹn của đối tượng xử lý và có thể áp dụng lâu dài

Ở Việt Nam, các khái niệm về sinh vật chỉ thị môi trường còn rất mới mẻ

và việc ứng dụng chúng trong các nghiên cứu cũng mới chỉ là bước đầu

Nhiễm môi trường: là tình trạng môi trường bị ô nhiễm bởi các chất hóa

học, sinh học gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người, các cơ thể sống khác

Ô nhiễm môi trường là do con người và cách quản lý của con người.

Các dạng ô nhiễm chính Dưới đây là các hình thức ô nhiễm và các chất ô nhiễm liên quan:

Ô nhiễm không khí: việc xả khói chứa bụi và các chất hóa học vào bầu không khí Ví dụ về các khí độc là cacbon mônôxít, điôxít lưu huỳnh, các chất cloroflorocacbon (CFCs), và ôxít nitơ là chất thải của công nghiệp và

xe cộ Ôzôn quang hóa và khói lẫn sương (smog) được tạo ra khi các ôxít

nitơ phản ứng với nước trong không khí ( chính là sương ) xúc tác là ánh sáng mặt trời

Nước thải từ các trạm xăng, gas đổ thẳng ra vịnh San Francisco

Ô nhiễm nước: xảy ra khi nước bề mặt chảy qua rác thải sinh hoạt, nước rác

công nghiệp, các chất ô nhiễm trên mặt đất, rồi thấm xuống nước ngầm

Ô nhiễm đất: xảy ra khi đất bị nhiễm các chất hóa học độc hại (hàm lượng

vượt quá giới hạn thông thường)do các hoạt động chủ động của con người như khai thác khoáng sản, sản xuất công nghiệp, sử dụng phân bón hóa học hoặc thuốc trừ sâu quá nhiều, hoặc do bị rò rỉ từ các thùng chứa ngầm Phổ biến nhất trong các loại chất ô nhiễm đất là hydrocacbon, kim loại nặng, MTBE, thuốc diệt cỏ, thuốc trừ sâu, và các hydrocacbon clo hóa

PHẦN II : NỘI DUNG

I CÁC KHÁI NIỆM VỀ CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG

1 Các khái niệm

1.1 Khái niệm về môn học

- Từ lâu các nhà khoa học thuộc chuyên môn khác nhau đã sử dụng nhiều loạithực vật chỉ thị điển hình phục vụ cho công tác chuyên môn ( bản đồ địa chất,phân bố các khoáng sản, phân loại đất, đánh giá tình trạng dinh dưỡng củathực vật

- Khi nghiên cứu moi trường nhận thấy những sinh vật bị các chất gây ônhiễm hoặc các chất tự nhiên có nhiều trong môi trường tác động có thể biểuhiện những dấu hiệu dễ nhận biết

Ví dụ: Thực vật thường biểu hiện những dấu hiệu dễ phân biệt hoặc rất đặctrưng khi môi trường bị thiếu hoặc thừa một số chất dinh dưỡng khoáng

- Các kiểu tác động của môi trường lên sinh vật có thể quan sát bằng mắt hoặcqua một số các biểu hiện sau:

+ Những thay đổi về thành phần loài hoặc các nhóm ưu thế trong quần xãsinh vật

+ Những thay đổi về thành phần loài trong quần xã.

+ Tổng tỉ lệ chết trong quần thể gia tăng, đặc điểm ở giai đoạn non mẫn cảmnhư trứng và ấu trùng

+ Thay đổi sinh lý và tập tính trong các cá thể

+ Sự tích lũy những chất gây ô nhiễm hoặc sự trao đổi chất của chúng trongcác mô của những cá thể

- Do đó, trên thế giới, việc nghiên cứu và sử dụng các sinh vật để đánh giá,kiểm soát và các hiện chất lượng môi trường đã đạt được nhiều thành tựu có ýnghĩa khoa học và thực tiễn Tại các nước phất triển, đặc biệt là ở một sốnước trong khu vực như Trung Quốc, Ấn Độ, Thái Lan, Việc nghiên cứu và

sử dụng các sinh vật chỉ thị đã được tiến hành từ nhiều năm nay

1.2 Khái niệm về môn học chỉ thị sinh học môi trường

- khái niệm chung và cơ bản của sinh vật chỉ thị được mội người thừa nhân là:

“ Những đối tượng sinh vật có yêu cầu nhất định về điều kiện sinh thái liênquan đến nhu cầu dinh dưỡng, hàm lượng oxi, cũng như khả năng chống chịumột hàm lượng nhất định các yếu tố độc hại trong môi trường và do đó, sựhiện diện của chúng biểu thị một tình trạng về điều kiện sinh thái của mooitrường sống nàm rong giới hạn nhu cầu và khả năng chống chịu của đối tượngsinh vật đó”

- Đối tượng sinh vật là những sinh vật chỉ thị môi trường, có thể là các loài( loài chỉ thị) hoặc tập hợp các loài ( nhóm loài chỉ thị)

- Các điều kiện sinh thái chủ yếu là các yếu tố vô sinh như hàm lượng cácchất dinh dưỡng, nhu càu oxi, chất độc ( kim loại nặng, thuốc trừ sâu, diệt cỏ,dầu, các chất oxi hóa quang hóa – PAN, chất phóng xạ…) và các chất gây ônhiễm khác

1.3 Cơ sở chỉ thị sinh học môi trường

1.3.1 Cơ sở của việc sử dụng chỉ thị sinh học môi trường

- Thành phần loài một quần xã sinh vật được xác định bởi các yeeus tố môitrường

- Tất cả các cơ thể sống đều chịu tác động của các yếu tố mooit rường sống,môi trường sống này cũng có thể bị ảnh hưởng từ môi trường xung quanh, đặcbiệt bị tác động mạnh bởi các động vật vật lý và hóa học

- Yếu tố tác động vaò môi trường có thể hay không bị loài trừ ra khỏi quànthể, làm cho nó trở thành sinh vật chỉ thị cho môi trường

- Như vậy cơ sở cho việc sử dụng sinh vật sinh vật làm vật chất chỉ thị môitrường dựa trên hiểu biết về khả năng chống chịu của sinh vật với các yếu tốcủa điều kiện sinh thái ( yếu tố vô sinh, với tác động tổng hợp của chúng)

- Các yếu tố sinh thái vô sinh của môi trường có thể là: ánh sáng, nước, ẩm

độ, các chất khí, các chất dinh dưỡng dễ tiêu

1.3.2 Tác động của các yếu tố vô sinh lên sinh vật

* Ánh sáng

- Ánh sáng rất cần cho các hoạt động sống bình thường của động vật, cungcấp một số chất cho động vật

- Ánh sáng có vai trò đặc biệt quan trọng đối với thực vật, cường độ tác động

và thời gian chiếu sáng của ánh sáng có ảnh hưởng rất lớn tới quá trình quanghợp Với tổng năng lượng mà phần lục địa nhận được, thực vật xanh đã sửdụng từ 0,2-1,0% để quang hợp Tảo silic có khả năng quang hợp khi ánhsáng ở ngưỡng tối thiểu

- Theo phản ứng với ánh sáng sinh vật được chia thành 2 nhóm:

+ Ưa sáng:Phi lao, bồ đề, thuốc lá, cà rốt, hòa thảo như lúa, ngô

+ Ưa tối: cà độc dược, hành, dương xỉ, rêu

- Tảo silic ở biển nhiệt đới có thể xuống sâu 400m Tảo đỏ có thể xuống sâu200m Snhs sáng quá mạnh và thời gian chiếu sáng quá dài là bất lợi cho sinhtrưởng các loại tảo.

* Nhiệt độ

- Trong một phạm vi nhất định nhiệt độ càng cao càng tăng tốc độ sinh trưởngcủa sinh vật Sinh vật có thể phản ứng với nhiệt độ bằng nhiều cách khác nhaukhi nhiệt độ cao, càng tích lũy nhiều dinh dưỡng, muối, tăng khả năng giữnước Cây non thường chịu lạnh tốt hơn cây già

- Khi nhiệt độ tăng dần tới giới hạn thì tốc độ phát triển của động vật cũngtăng lên Động vật phản ứng với nhiệt độ bằng nhiều hình thwcas khác nhau.Khi nóng có thể tỏa nhiệt, dẫn nhiệt, bốc hơi, giãn các mạch máu ngoại vi.Khi lạnh nó co mạch, hình thành lớp lông dày, mỡ dưới da, hoặc nó có thểtăng sản nhiệt do tăng quá trình chuyển hóa hoặc run rẩy

- Do đó, chênh lẹch nhiệt độ ngày đêm lớn là một yếu tố nâng cao chất lượngnông sản phẩm Trong khoảng 0-300C, Khi nhiệt độ tăng lên 100C sinh trưởngthực vật tăng gấp đôi

* Nước và độ ẩm

- Cây ưa ẩm: Mọc ở các bờ ruộng, ao, đất lầy ruộng lúa

- Cây mộng nước như xương rồng ba cạnh, huệ

- Cây lá cứng như họ hòa thảo, họ cói, thầu dầu

- Các động vật cũng chia làm loài ưa ẩm và ưa khô

Ở động vật ó nhieeuf khả năng chống mất nước:

+ Cấu tạo vỏ da không thấm nước

+ Xuất hiện cơ quan hô hấp bên trong Mang mất đi thay bằng khí quản ở côntrùng, nhóm có nhiều chân, bằng phổi ở động vật có chân

- Theo giới hạn ẩm thích hợp sinh vật chia thành 2 nhóm: Ẩm hẹp và ẩmrông

- Phân loại theo mức độ phụ thuộc nước:

+ Sinh vật ở nước: Cá, thực vật thủy sinh

+ Sinh vật ưa ẩm cao: Lúa, cói, lác

+ Sinh vật ưa ẩm vừa: Tếch, các cây họ bạch đàn, trầu không, trúc đào…

* các chất khí

- Khí quyển cung cấp 02, CO2 cho sinh vật, xử lý một phần các chất ô nhiễm

- Khi thành phần, tỉ trọng các chất khí trong khí quyển thay đổi, có thể có hạicho sinh vật

- Thực vật có vai trò quan trọng trong xử lý các chất khí gây ô nhiễm môitrường ( CO2, O2 )

* Các chất khoáng hòa tan

- Chát khoáng có vai trò quan trọng trong cơ thể sinh vật, giúp điều hòa cácquá trình sinh hóa, áp xuất thẩm thấu của dịch mô và các hoạt động chức năngkhác

- Sinh vật có khả năng hấp thụ chất dinh dưỡng khác nhau

+ Đối với cây trồng dinh dưỡng khoáng quyết định đến tình trạng sinh trưởng,năng xuất, chất lượng sản phẩm cây trồng

+ Theo yêu cầu dinh dưỡng của thực vật có 14 chất khoáng là dinh dưỡng thấtyếu cần cung cấp, được chia thành 2 nhóm theo nhu cầu Đa lượng ( Ca, Mg,

S, Si) và vi lượng (Fe,Mn, Cu, Zn, Bo, Cl)

- Môi trường mất cân đối: Hàm lượng các chất khoáng có thể dẫn đến gây rốiloan quá trình trao đổi chất làm sinh vật mác bệnh

1.4 Khả năng biến đổi để thích nghi của sinh vật khi môi trường thay đổi

* sự phản hồi của sinh vật đối với tác động của môi trường

- Sự phản ứng lên tác động của môi trường bằng 2 phương thức: chạy trốn vàthích nghi

- Sự thích nghi của sinh vật có thể là thích nghi hình thái và thích nghi ditruyền

+ Thích nghi hình thái: Phản ứng thích nghi xảy ra suốt thời gian sống của cơthể sinh vật dưới tác động thay đổi của các nhân tố môi trường như: ánh sáng,nhiệt độ.

+ Thích nghi di truyền: suốt hiện trong quá trình phát triển cá thể của các cơthể không phụ thuộc vào sự có mặt hay vắng mặt của các trạnh thái môitrường mà trong môi trường có thẻ có ích cho chúng Những thích nghi đóđược củng cố bởi các yếu tố di truyền, vì thế gọi là thích nghi di truyền

* Biến động số lượng

- Quá trình biến động xảy ra do tác động ngẫu nhiên của các yếu tố môitrường chủ yếu là do yếu tố thời tiết và khí hậu Các yếu tố biến đổi có thểảnh hưởng lên số lượng cũng như chất lượng cá thể hoặc quần thể bằng cáchtrực tiếp hay gián tiếp qua sự thay đổi trạng thái sinh lí của cây, thức ăn, hoạttính của thiên địch…

- Hiện nay, có nhiều cơ chế điều chỉnh số lượng sinh vật, trong đó có cả yếu

tố cạnh tranh loài Khi nguần dự trữ thức ăn trở nên thiếu thốn thì sự cạnhtranh trong loài xuất hiện

* Diễn thế sinh thái và tác động đến sinh vật chỉ thị môi trường

Tất cả các hoạt động kinh tế liên quan trực tiếp hay gián tiếp đến hệ sih tháiluôn luôn chịu ảnh hưởng của quá trình diễn thế sinh thái Tất cả biểu hiệnsinh thái ở rừng đều do hiện tượng diễn thế sinh thái,thay từ một hệ sinh tháirừng có sức sản xuất cao bằng một thảm rừng có sức sản xuất thấp hơn, hayđồng cỏ có giá trị chăn nuôi cao thay thế bằng một thảm cỏ có nhiều cỏ độclàm kém giá trị chăn nuôi Nhwngxthay đổi không thích hợp cho hoạt độngcủa các vi sinh vật trong đất, những thay thế có hại cho thảm thực vật thủysinh…đều do nguyên nhân diễn thế

- Nguyên nhân xảy ra diễn thế

+ Nguyên nhân bên trong:

Theo E.P.Odum (1969), căn cứ vào động lực của quá trình diễn thế có thểchia thành 2 dạng: nội diễn thế và ngoại diễn thế

Những nguyên nhân bên trong gây nên nội diễn thế nằm trong tính chất củachính hệ sinh thái, sự sinh sản và cạnh tranh sinh tồn

Trong hệ sinh thái, sự cạnh tranh về điều kiện sinh tồn như ánh sáng, nước,các chất dinh dưỡng diễn ra không ngừng giữa cá thành phần của hệ Giống,loaifnaof thích nghi hơn, hấp thụ được nhiều chất dinh dưỡng hơn và pháttriển nhanh hơn Ngược lại, loài nào ít thích nghi hơn thì phát triển kém hoặc

Bảng các khuynh hướng phát triển của hệ sinh thái theo E.P>Odum (1969)

Những thuộc tính của hệ sinh

Sản lượng thô và hô hấp của

Sản lượng thô và sinh vật

Sản vật lượng / đơn vị dòng

Sản lượng nguyên của quần xã Cao thấp

thái thành thục thục

B Cấu trúc của quần xã

Chất dinh dưỡng vô cơ Ngoại sinh học Nội sinh học

Tính hỗn hợp về sự phân tầng

và phân lớp Được tổ chức kém Được tổ chức tốt

C Lịch sử đời sống

Chu kì sống Ngắn, đơn giản Dài, phức tạp

D Chu trình các chất dinh dưỡng

Nhịp điệu trao đổi chất dinh

Vai trò của mùn bã trong tái

E Áp lực chọn lọcDạng tăng trưởng

Sản phẩm của quá trình sản

xuất

Tăng trưởngnhanh,chọn lọc “r” số

lượng

Kiểm tra ngược,chọn lọc “k” chấtlượng

F Cân bằng chung

Cộng sinh trưởng Kém phát triẻn Phát triển

Tính ổn định (chống lại sự xáo

Như vậy, quá trình phát triển tiến hóa của hệ sinh thái diễn ra do:

+ Những biến đổi của các điều kiện môi trường vật lý dưới sự kiểm soát chặtchẽ của quần xã sinh vật

+ Cấu trúc lại thành phần loài và số lượng cá thể của từng loài phù hợp vớimối quan hệ cạnh tranh – chung sống giữa những loài cấu tạo nên quần xãtrong điều kiện cân bằng mới của quần xã với môi trường.

- Công cụ thăm dò đố là những sinh vật chỉ thị thích nghi với môi trường nhấtđịnh, sự xuất hiện của chúng để đo phản ứng và thích nghi đối với sự thay đổimôi trường

- Công cụ tích lũy sinh học- các loài sinh vật chỉ thị có khả năng tích lũy cáchóa chất trong mô của chúng

- Sinh vật thử nghiệm: Các sinh vật được chọn lọc để nghiên cứu trong điềukiện thí nghiệm nhằm xá định các chất ô nhiễm

+ Quần xã sinh vật chỉ thị - một số nhóm sinh vật chỉ thị nào đó (sinh vật sinh vật đáy)

nổi-+ Nhờ tính chất của sinh vật chỉ thị có thể sử dụng khả năng tích tụ các chất ônhiễm trong cơ thể và giá trị biểu thị tác động tổng hợp của các yếu tố môitrường lên sinh vật để đánh giá môi trường thuận lợi và hiệu quả với phươngpháp lý hóa học

1.7 Tiêu chuẩn để chọn sinh vật làm chỉ thị

- Sinh thái đã được định loại rõ ràng

- Dễ thu mẫu trong tự nhiên, kích thước vừa phải

- Có phân bố rộng (phân bố toàn cầu)

- Có nhiều tài liệu về sinh thái cá thể

- có giá trị kinh tế hoặc là nguồn dịch bệnh

bị xáo trộn

- Một số loài địa y chỉ thị cho sự mẫn cảm với oo nhiễm sunfuadioxyt ( SO2)-nhóm sinnh vật chỉ thị môi trường đất secpentine có đặc điểm phát triển rờirạc và lùn

- Một số nhóm loại cây rừng không chống chịu được sự sáo trộn môi trường

có thể là làm các cây chỉ thị cho tuổi của rừng cây

- Các nhóm sinh vật chỉ thị có thể sử dụng đánh giá điều kiện sinh thái ( nhómquần thể sinh vật chỉ thị, diều kiện sinh thía cần được bảo tồn) các cá thể chỉthị dùng dánh giá môi trường và trong việc sử dụng để lập bản đồ về sự mẫncảm với môi trường

3 Khái niệm mở rộng về sinh vật chỉ thị

mô với hàm lượng cao hơn nhiều so với môi trường

- Vì vậy, sinh vật tích tụ không chỉ có khả năng chỉ thị cho môi trường nhấtđịnh mà còn dễ bị phát hiện hơn qua những phần tích tụ hóa học

- Trong số các loài này rêu thường được sử dụng rộng rãi nhất tảo , thực vậtlớn cũng thường được sử dụng, cá và động vật không xương sống cũng có thể

sử dụng

3.3 Sinh vật thăm dò và cảnh báo

- Là những loài sinh vật bản địa đơn lẻ, có khả năng thể hiên phản ứng có thể

đo đươc đối với chất ô nhiễm

- Sinh vật thăm dò và cảnh báo được sử dụng như 1 chỉ thị cảnh báo sớm vềsinh vật có mặt của các chất ô nhiễm trong môi trường Cần thận trọng khichọn loại điển hình, cân nhắc tính mẫn cảm và khả năng phơi nhiễm đối với

các chất gây ô nhiễm, vị trí của nó trong quần xã, trong phân bố sinh thái vàđịa lý, độ phong phú của nó.

3.4 Dấu hiệu sinh học

- Dấu hiệu sinh học là những thể hiện sự phản ứng của sinh vật đối với các tácđộng của chất ô nhiễm trong môi trường

- Dấu hiệu sinh học có 2 loại chính: Dấu hiệu sinh học sinh lý hóa sinh và dấuhiệu sinh thái

+ Dấu hiệu sinh lý hóa sinh:

Dấu hiệu để nhận biết

Có nhiều ý nghĩa nhất là các chỉ số liên quan tới khả năng sống, sự sinhtrưởng của cá thể, sự sinh sản của quần thể

+ Dấu hiệu sinh thái:

Thể hiện sự biến đổi của cáu trúc quần thể hoặc quần xã sinh vật dưới tácđộng của chất ô nhiễm

Khó nhận biết hơn có thể nhận biết dánh giá bằng một số chỉ số thiếu hụtloài đa dạng sinh học, loài ưu thế

Chỉ số thiếu hụt số loài được xác định trong trường hợp có số liệu khảo sátđịnh kì về thành phần loài có mặt trong một khu định cư

Chỉ số đa dạng sinh học: là chỉ số mang tính chất tổng hợp số lượng loài và

số cá thể và 1 giá trị chung, để đơn giản hóa sự phức tạp của cáu trúc quàn xãsinh vật

Chỉ số loài ưu thế: Khi mức ô nhiễm nặng, một số loài phát triển ưu thế về

số lượng

3.5 Chỉ số sinh học

- Là chỉ số dựa trên ảnh hưởng của ô nhiễm môi trường và tác động của sựphân hủy chất hữu cơ lên sinh vật để đo đạc các tính chất của môi trường,dánh giá sinh thái môi trường.

- Trong quan trắc chất lượng nước Các loại chỉ thị và mức mẫn cảm củachúng với ô nhiễm, sinh vật nhóm sinh vật chỉ thị có hoặc vắng mặt củachúng để tính toán chỉ số sinh học

- Chỉ số sinh học rất đa dạng theo vùng địa lý

3.6 Chỉ số đa dạng

- Biểu thị độ phong phú loài trong môi trường đã chọn ở dạng giá trị loài

- Có ý nghĩa gián tiếp chỉ ra sự tăng ô nhiễm của một hệ sinh thái làm cho cácloại mẫn cảm sẽ bị giảm thiểu dẫn đến suy giảm tính đa dạng tổng thể quần xãsinh vật

Ví dụ: Hiện tượng tăng số lượng, một số loài sinh vật trong những hồ kiệtdưỡng tự nhên khi hồ bị tác động do ô nhiễm hữu cơ từ chất thải

- Sử dụng chỉ số đa dạng để đánh giá cáu trúc quần xã sinh vật

+ Số lượng loài hoặc độ phong phú

+ Tổng lượng sinh vật ( độ phong phú) của mỗi loài

+ Tính đồng nhất phân bố của các cá thể giữa các loài khác nhau (tính đôngđảo của sinh vật)

+ Hiện tượng có một số phương pháp thông dụng tính chỉ số đa dạng làShannan-weiner (H’), Simpson (D), Malgdef (DMg)

3.7 Chỉ số tương đồng

- Chỉ số tương đồng là sự so sánh độ phong phú loài tại 2 điểm thu mẫu khácnhau trong đó 1 điểm được xem là đối chứng

- Có nhiều kiểu tính chỉ số tương đống,những thông số duy nhất là phươngpháp tính chỉ số Sorensen (C), hệ số Jaccard (J), Chỉ số tương đồng quần xãPimkhan và Pearson (P)

- Sử dụng chỉ số tương đồn và chỉ số đa dạng có những ưu điểm và hạn chếnhất định

3.8 Chỉ thị sinh thái và mô

- Các thông số về hình thái, cung cấp những dấu hiệu có thể đo được hoặcnhìn thấy rõ tác hại do chất gây ô nhiễm gây nên cho sinh vật

- Khác nhau giữa động vật và thực vật

3.8.1.Đối với thực vật

- Các thông số ( chỉ tiêu) thường sử dụng trong chỉ thị hình thái và mô

+ Tốc đọ sinh trưởng tương đối, trọng lượng tươi, chỉ số diên tích lá và nhiềutính chất hình thái khác

+ Sự hư hại thực vât (có thể quan sát được bằng mắt thường) như lá bị vàng,

bị đốm hoặc hoại sinh (đặc biệt để quan trắc mua axit gây nên)

- Trong nhiều trường hợp chỉ số hình thái và mô của một số loài thực vậtđược sử dụng để phát hiện sự có mặt một số chất gây ô nhiễm không khí ( hưhại lá cây thuốc lá chỉ số dẫn ô nhiễm ozon)

3.8.2 Đối với động vật

- các thông số (chỉ tiêu) thường sử dụng trong chỉ thị hình thái và mô

+ Tuổi, kích thước, tốc độ tăng trọng, tỉ lệ sinh sản

+ Sinh trưởng không đối xứng, bất thường từ một phía của cơ thể so với phíakhác và những thay đổi hình thái không do bệnh lý

+ Sự xuất hiện các đặc tính bệnh lý như: Lở loét, u beoeis, viêm tủy, hoại tử,nhiễm bệnh kí sinh…đôi khi cũng liên quan đến sự có mặt của các chất ônhiễm Tuy nhiên, việc chuẩn đoán những thay đổi này thường đòi hỏi cácchuyên gia giàu kinh nghiệm nên thường khó phân biệt các biểu hiên bìnhthường của bệnh và bệnh do ô nhiễm gây nên.

4 Vai trò ý nghĩa của chỉ thị sinh học môi trường

4.1.Qúa trình nghiên cứu phát triển và sử dụng chi thị sinh học môi trường

- Con người đã sử dụng các thủy vực, đất làm nơi đổ rác thải, ngay từ khi mớibắt đầu định cư, Thường thấy các dấu vết ô nhiễm rác thải trong các hồ vàbiến đổi tự nhiên của chúng qua nhiều thế kỉ

- Vào thế kỉ 19, nghiên cứu về ô nhiễm hồ đã bắt đầu phát triển như một bộphận quan trọng trong nghiên cứu môi trường nước

* Đối với môi trường nước

- Đầu tiên một số tác giả đã sử dụng động vật không xương sống cỡ lớn đểđánh giá ô nhiễm hữu cơ các thủy vực (ưu điểm thu thập, định lượng, bảoquản dễ, thuận lợi cho giám định)

- Sau đó nhiều nhà nghiên cứu khác đã dùng các nhóm sinh vật khác làm sinhvật chỉ thị ô nhiễm hữu cơ nguần nước thành công

+ Liebman (1942) đã nhấn mạnh tầm quan trọng của các sinh vật trong việcđánh giá sự ô nhiễm hữu cơ và đã chỉ ra rằng, các sinh vật sống ở nơi nước ônhiễm nghiêm trọng hầu hết có cỡ hiển vi

+ Butcher (1946) đã khẳng định, tảo sinh trưởng trên các tấm lam kính đặt ởnước là các vật chỉ dẫn cho sự ô nhiễm hữu cơ, chính xác hơn nếu là ô nhiễmkim loại nặng

+ Kabler (1957) đã coi nhóm vi khuẩn E.coli như là cá loài chỉ thị ô nhiễm vềchất lượng nước uống

+ Lackey (1957) chỉ ra rằng, nếu xả trực tiếp nước thải vào sông suối thì hàmlượng oxi sẽ giảm và loại trừ hầu như tất cả các sinh vật, ngoại trừ một sốtrùng tiêm mao kỵ khí và trùng roi không màu.

+ Dondoroff (1957) sử dụng các loài cá (có khả năng chống chịu nhiệt độ,hàm lượng oxi, độ pH) làm sinh vật chỉ thị

+ Patrick (1963) chỉ rõ: có thể dùng tảo silic để xác định mức ô nhiễm, dochúng rất nhạy cảm với tính chất vật lý và hóa học của nước

* Đối với môi trường đất

- Việc phân tích cây tồng như một phương pháp xác định nhu cầu của cây vềphân bón đã được ứng dụng từ khá lâu Từ những năm 1932-1957 nhiều tácgiả (Lagatu, Thomas, Ulrich, Chapman, Lunderhard, Bergmanm) đã nghiêncứu về chẩn đoán dinh dưỡng qua lá và phân tích lá

- Việc “nhìn cây biết đất” đối với nhiều tác giả đã trở nên quen thuộc

- Trong xuất thế kỉ 20 nhờ hiểu biết về ảnh hưởng của ô nhiễm hữu cơ lên cácquần xã sinh vật (nước, đất) và phản ứng của chúng quan trắc sinh học môitrường ngày càng được mở rộng, là một trong những cơ sở làm công nghệ xử

lý rác thải có nhiều tiến bộ Sự tăng sử dụng các hóa chất tổng hợp tạo ranhiều nguần ô nhiễm Nhiều loài hóa chất chỉ ở nồng độ rất thấp cũng tácđộng nghiêm trong lên hệ sinh thái Nhiều nghiên cứu cho thấy, nhiều loạihóa chất có khả năng phá vỡ chức năng nội tiết ở quần thể động vật và chứcnăng trao đổi chất ở thực vật Đây là cơ sở cho việc phát triển sử dụng chirt hịsinh học trong nghiên cứu đánh giấ ô nhiễm hóa chất

- Hiên nay, nhiều loài sinh vật được sử dụng làm chỉ thị sinh học môi trường

để dánh giá mức độ ô nhiễm, xác định nguần ô nhiễm địa diiemr ô nhiễm vàthời gian ô nhiễm

- Nhiều loài thực vật (cây thuốc lá, cây lúa mạch, rêu, tảo…) và động vật(nhuyễn thể hai mảnh vỏ, cá, chim…) được sử dụng rộng rãi để đánh giá mức

độ ô nhiễm khối lượng kim loại nặng trong nước, trong đất và không khí

- Hiên nay ở nhiều nước đã hình thành phương pháp sử dụng hiệu quả cácsinh vật chỉ thị để giám sát, quan trắc môi trường.

- Ở Nhật Bản, Mỹ, Úc đã và đang sử dụng rộng rãi loài cỏ lươn (zosteramarina) và loài trai (Mytilusedulis) trong phát hiện nguần thải và đánh giámức độ ô nhiễm kim loại nặng của các thủy vực

Ví dụ: Dùng ong đo mức độ ô nhiễm trong mặt ong

* Ở Việt Nam việc nghiên cứu sử dụng sinh vật chỉ thị để đánh giá chất lượng môi trường nước cũng đã được tiến hành Cụ thể là ở trường ĐHQG

Hà Nội

- Đã lập một khóa định loại động vật không xương sống cỡ lớn quy trình lấymẫu và hệ tính điểm cho quan trắc sinh học, ở các thủy vực nước chảy tạiViệt Nam

- Sử dụng một số loài sinh vật tích tụ để nghiên cứu ô nhiễm kim loại nặngtrong môi trường đất và nước

- hoàn thiện khóa nhận diện biểu hiện trên thực vật biểu hiện trên thực vật khimôi trường đất thiếu các chất dinh dưỡng

- Nhìn chung việc sử dụng các sinh vật chỉ thị để quan trắc đánh giá môitrường còn mới đối với nước ta

4.2 Vai trò của chỉ thị sinh học trong nghiên cứu, đánh giá và xử lý môi trường

4.2.1 Vai trò của chỉ thị trong đánh giá môi trường

- Sự thiếu hay thừa dinh dưỡng gây ảnh hưởng lớn đến tình trạng sinh trưởng

và sức sản xuất của thực vật làm trên là thực vật xuất hiện những dấu hiệu bấtthường có thể quan sát được bằng mắt (cây còi cọc, vàng lá, màu tía, mộtmàu, hoại tử)

Dựa vào những dấu hiệu trên ở thực vật cho phép đánh giá nhanh, rẻ tiền vàhiệu quả hơn về những chất gây ô nhiễm môi trường ở các nồng độ khác nhau

so với phương pháp hiện đại khác

- Trong những trường hợp cần thiết, bổ sung phương pháp phân tích đất, nước

và thực vật, còn đối với các chuyên gia chỉ thị sinh học môi trường khôngnhất thiết phải tiến hành phân tích thêm

- Trong nhiều trường hợp sử dụng chỉ thị sinh học môi trường còn là bướckhởi đầu cho việc sử dụng hiệu quả các phương pháp nghiên cứu và đánh giámôi trường khác

- Đặc biệt là khai thác khái niệm khả năng tích tụ các chất ô nhiễm và tácđộng tổng hợp các yếu tố môi trường lên các sinh vật tích tụ làm chỉ thị sinhhọc môi trường là chỉ dẫn quan trọng cho việc sử thực hiện các phương pháp

lý, hóa học

4.2.2 Vai trò chỉ thị sinh học trong xử lý ô nhiễm môi trường

- Xử lý môi trường bị ô nhiễm là một quá trình phức tạp (công nghệ, hiểu biếtsâu về cơ chế haapsthu, chuyển hóa… chi phí cũng rất cao)

- Trong khi đó khả năng làm sạch môi trường đất và nước bị ô nhiễm (bởi cáckim loại nặng các chất hữu cơ, thuốc súng và các chất phóng xạ) bằng thựcvật đang được coi trọng như một loại công nghệ mới, đơn giản và rất hiệuquả

-Hiện nay vấn đề oo nhiễm kim loại nặng và các chất hữu cơ nguy hại khácvới môi trường đất, nước đang phổ biến

- Có rất nhiều phương pháp sử lý kim loại nặng trong đất như mang đât sônhiễm đi chôn lấp ở chỗ khác, rửa đất, cố định các chất ô nhiễm… nhưng cácphương pháp nãy đều rất tốn kém

- Do đó, phương pháp sử dụng thực vật để sử lý ô nhiễm kim loại nặng trongđất, nước được quan tâm đặc biệt bởi kĩ thuật đơn giản, chi phí đầu tư thấp, antoàn.

4.3 Giám sát quan trắc sinh học môi trường

4.3.1 Khái niệm và gián sát và quan trắc sinh học môi trường

- Giám sát sinh học goomf các khảo sát giống nhau tiến hành trong cùng mộtmôi trường trong môt thời gian (biến động) trong đó khảo sát sinh học ( điềutra sinh học) là sự kiểm kê tĩnh các sinh vật, các biến đổi và những quá trìnhxảy ra trong một môi trường đã chọn

- Quan trắc sinh học là việc giám sát sinh học với mục đích đặc trưng để đảmbảo sự tuân thủ những giới hạn các chất gây ô nhiễm trong môi trường theo

bộ tiêu chuẩn đã được pháp luật quy định

- Mặc dù quan trắc sinh học bao gồm giám sát sinh học, tuy nhiên cần phânbiệt rõ giữa 2 khái niệm này

4.3.2 Ý nghĩa

- Nghiên cứu các phương pháp giám sát sinh học cho việc quan trắc chấtlượng môi trường có thể thay thế các phương pháp phân tích hóa học đất tiền

- Các phương pháp quan trắc sinh học còn có thể tạo ra những ưu việt đáng kể

so với phân tích hóa học

- Nhiều chất ô nhiễm có thể có mặt trong môi trường nhưng không phát hiệnđược bằng phân tích hóa học, trong khi đó có thể quan trắc bằng quan trắcsinh học

- Do các sinh vật chỉ thị của quần xã sinh vật có khả năng phản hồi với bất kìchất ô nhiễm nào có trong môi trường dù mức độ rất thấp nên sự thay đổiđược phát hiện trên sinh vật chỉ thi đều có thể là dấu hiệu báo trước cho việclấy mẫu phân tích hóa học đạt kết quả tốt

- Tuy nhiên khi sử dụng quan trắc sinh học để đánh giá ô nhiễm cũng cần chú

ý tới khả năng ảnh hưởng xấu tới kết quả của các yếu tố liên quan

- Những đặc điểm tác động nhiều đến các quần xã động vật đáy thủy vực vĩ

độ, kinh độ, độ dốc và độ cao, khoảng cách từ nguần, chiều rộng, độ sâu trungbình, nền đáy và độ kiềm có thể ảnh hưởng lên quần xã sinh vật đáy làm kếtquả đánh giá môi trường bằng sinh vật có thể sai lệch đáng kể

4.3.3 Các phương pháp quan trắc sinh học

- Trong thực tế sử dụng nhiều phương pháp quan trắc sinh học môi trườngtrong mỗi loại có đặc điểm khác nhau về: loại giám sát, sinh vật chính được

sử dụng, loại chất ô nhiễm chính được đánh giá, ưu điểm, nhược điểm

- Các phương pháp quan trắc sinh học môi trường:

Loại giám

sát

Sinh vậtchính sử dụng

Những chất ônhiễm chínhđược đánhgiá

Ưu điểm Nhược điểm

Nghiên cứu

cấu trúc

quần xã

Động vậtkhông xươngsống

Chất thải hữu

cơ và chấtnguy hại,giàu dinhdưỡng

Dễ sử dụnggiá thànhthấp, không

có yêu cầucao về thiết bị

và kiền thứcchuyên gia

Đòi hỏi kiếnthức củamột chuyêngia nhấtđịnh sửdụng cục

bộ, khôngđặc trưng

Các chỉ thị

sinh học

Động vậtkhông xươngsống, cỡ lớn

Chất thải hữu

cơ giàu dinhdưỡng axit

Dễ sử dụnggiá thành rẻ,không đòi hỏi

Cần kiếnthức một sốchuyên gia

thực vật lớn,tảo địa y

hóa học, khíđộc

thiết bịchuyên dụng

sử dụng cục

bộ, khôngđặc trưng

Cần thiết bị

và kiến thứcchuyên gia

Sinh vật tích

tụ

Thực vật lớn,động vậtkhông xươngsống

Chất thảinguy hại, chấtphóng xạ

Chỉ thị liênquan đến sứckhỏe conngười

Tốn thờigian, đắt,đồi hỏi thiết

bị cá nhân

và nhân lựcđào tạo

Phép thử

sinh học

Vi sinh vật,thực vật lớn,động vậtkhông xươngsống, độngvật có xươngsống nhỏ

Chất hữu cơ,các khí độc,chất thải độchại

Kết quảnhanh, giáthành tươngđối thấp, cókhả năngnghiên cứu đadạng

Cần cácnghiên cứuquan trắctiếp theotrong thựctế

4.3.4 Lựa chọn sinh vật chỉ thị để quan trắc sinh học.

- Đầu tiên cần dựa vào tiêu chuẩn sinh vật chỉ thị để lựa chọn cho phù hợp vớinhững trường hợp cụ thể

- Để lựa chọn sinh vật chỉ thị cho quan trắc , trước hết cần xác định sinh vật

đó là chỉ thị cho môi trường có đặc điểm như thế nào?

* Đối với môi trường nước ngọt:

+ Nhiều loại tảo có thể sử dụng là chỉ thị sinh học để đánh giá chất lượngnước tự nhiên

+ Ngoài ra ta có thể sử dụng các thực vật cỡ lớn như các loại bèo, lau ,sậy,làm các thực vật chỉ thị cho hiện tượng phú dưỡng

+ Động vật nguyên sinh (sử dụng các chất hữu cơ làm thức ăn) được sử dụnglàm sinh vật chirt thị liên quan đến chuỗi thức ăn

+ Một số loài cá có thể được sử dụng như chỉ thị sinh học để xác định chấtlượng nước ô nhiễm nguồn nước thủy vực

* Đối với vùng nước mặn:

+ Việc thay đỏi độ mặn của nguồn nước có thể đánh giá qua việc xác định sựtồn tại và phát triển của thủy sinh vật theo độ mặn

* Để đánh giá ô nhiễm do phân bắc:

- Có 3 nhóm vi sinh vật chính:

+ Nhóm Coliform đặc trưng là Es cherichia coli (E.coli)

+ Nhóm Streptococci đăc trưng là Streptococcusfaeeals

+ Nhón clostridium khử sunfit (SO32-) đặc trưng là C

- Sự có mặt của các sinh vật này chỉ tình trạng nước bị ô nhiễm phân, có ýnghĩa có thể

(-) Trong 3 nhóm sinh vật chỉ thị trên nhóm coliform thường được phân tích

vì chúng là nhóm vi sinh vật quan trọng nhất trong việc đánh giá vệ sinhnguần nước và có đầy đủ các tiêu chuẩn của các loài sinh vật chỉ thị lý tưởng.(-) Để đánh giá mức độ ô nhiễm nước do chất thải sinh hoạt ngoài các thông

số hóa, lý, cần thiết phải quan trắc các vi sinh vật chỉ thị: Feucal coliform,tổng coliform và các sinh vật gây bệnh khác

(-) Trong trường hợp đánh giá tác động của ô nhiễm đến hệ sinh thái nước cầnquan trắc bổ sung về các sinh vật thủy sinh: Động vật đáy không xương sống,thực vật nổi

(-) Đối với môi trường đất thường sử dụng các loại thực vật tích tụ để quantrắc sinh học.

II CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG.

2.1 Các phương pháp giám sát sinh học

2.1.2 Phương pháp đa loài.

- Sử cụng những phản ứng của loài sinh vật (quần thể, quần xã) thông qua cácchỉ số sinh học, chỉ số đa dạng – thường sử dụng trong quan trắc môi trườngnước

- Thường sử dụng quan trắc môi trường nước Sử dụng những nhóm sinh vậthay những quần xã sinh vật

- Được thực hiện theo 4 hình thức:

+ Đo mức độ phong phú: Dựa vào số lượng đơn vị phân loại có mặt tại 1điểm

+ Liệt kê: Ghi lại tổng số các cá thể không cần dạng, các cá thể bị tác độngmôi trường (số lượng cá thể tăng hoặc giảm).

+ Đo đếm các nhóm sinh vật theo công dinh dưỡng: nhằm xác định tỉ lệ giữa

số lượng động vật của nhóm dinh dưỡng đặc biệt nhờ đó có thể làm rõ nhữngnhóm chống chịu với những dạng tác động nào đó(từ môi trường) tốt hơn.+ Các chỉ số kết hợp: kết hợp các chỉ số có được từ những phép đo trên đểtăng độ tin cậy cho kết qảu nghiên cứu ( so với khi áp dụng một phép đo riêng

rẽ nào đó)

2.1.3 Phương pháp quan trắc cấu trúc quần xã

- Trong thực tế không thể quan sát toàn bộ quần xã sinh vật, thường chỉ chọnmột số phân đoạn hoặc lát cắt hoặc quần xã sinh vật để quan sát, qua trắc.+ Sinh vạt nổi – sinh vật đáy đối với hệ sinh thái nước

+ Đọng vật không xương sống cỡ lớn hoặc thực vật lớn đối với các hệ sinhthái ở cạn

- Thường dùng hoặc chỉ số đa dạng hoặc chỉ số tương đồng, hoặc độ phongphú loài để nghiên cứu

2.1.4 Phương pháp sử dụng phép phân tích đa biến

- Sự thiếu tính khách quan của nghiên cứu có thể khắc phục bằng việc sửdụng kĩ thuật phân tích đa biến

- Liên kết những số liệu môi trường thích hợp đã biết về mức độ ô nhiễm tạinhững điểm khác nhau để có thể suy đoán và tạo ra các giả thiết

- Gộp nhóm số liệu theo các cách khác nhau có thể phát hiện những gián đoạncủa các quần xã từ địa điểm khác nhau

2.2 Phương pháp sử dụng chỉ thị sinh học của nghiên cứu ô nhiễm môi trường

2.2.1 Sử dụng chỉ số sinh học

2.2.1.1 Sử dụng chỉ số sinh học của giám sát môi trường

- Shamnon-Weiner sử dụng chỉ số đa dạng (O) để đánh giá mức độ ô nhiễmhữu cơ nguần nước

- Việc tính toán và xếp hạng chất lượng nước theo chie số đa dạng được thểhiện ở bảng

Bảng đáng giá chất lượng nước theo chỉ số đa dạng

- Sử dụng hệ thống tính điểm nhóm động vật đáy cỡ lớn của tổ chức quan trắcsinh học (BMWP) để đánh giá chất lượng nước

+ Mẫu vật thu (tại các thủy vực) được phân loại

+ Dựa vào các chỉ thị tương ứng với họ (trong bảng tính điểm BMWP) để tínhđiểm cho từng họ

+ Cộng tất cả các điểm từ mọi họ tại từng điểm nghiên cứu được tổng điểm sốBMWP

+ Tính điểm số trung bình cho các động vật phân loại (ASPT: là chỉ số sinhhọc tương ứng với một mức ô nhiễm (chất lượng) nước bằng cách chia bằngtổng số điểm (BMWP) cho tổng số họ đã lấy để tính điểm

2.2.1.2 Sử dụng chỉ số sinh học trong quan trắc môi trường

- Các số liệu được sử dụng để ổn định giá trị đánh số đối với các chỉ số sinhhội cá thể

- Tổng các giá trị đánh số của tất cả cacs loài chỉ số sinh học tại mọi điểm thumẫu (xác định) sẽ cho kết qảu biểu thị ô nhiễm tại điểm đó

- Tổng các giá trị hoại sinh của tất cả các chỉ thị sinh học tại một điểm chiacho tổng số các giá trị tần số gặp cho chỉ số hoại sinh hay chỉ số nhiễm bẩn tạimột điểm đó

- Chỉ số sinh học do sử dụng đầu tiên trong quan trắc môi trường là hệ hoạisinh (dùng quan trắc ô nhiễm của các sông)

- Các chr số sinh học khác được tăng, để quan trắc các tác động chất hữu cơtrong nước chảy phổ biến nhất: chỉ số TRENT, diểm số CHANDLER (CBS)

- Những nước sử dụng rộng rãi điểm số BMWP của nhóm động vật đáy cỡlớn để quan trắc môi trường nước (dựa vào việc xác định số loại và phân bốcủa động vật đáy không sống để phân loại mức độ ô nhiễm nước

- Hệ hoại sinh được cải tiến, mới nhất dùng để đánh giá chất lượng nước ởcộng hòa Liên Bang Đức

Các chỉ thị sinh học đều có hạn chế là phải sử dụng với những số liệu có sẵn

về lý – hóa học, Nhưng có ưu việt là tính toán đơn giản cung cấp thông tin dễhoai về mức độ ô nhiễm

- Từ sau những năm 1970 bắt đàu nghiên cứu việc sử dụng thực vật tịch tụ để

sử lý các chất bị ô nhiễm kim loại nặng (chịu được hàm lượng kim loại nặngcao hơn 10-100 lần so với các cây trồng thông thường)

- Đặc điểm của các loài thực vật này chỉ hấp thụ 1 hoặc một số kim loại nặngđặc trưng của các bộ phận của cây ( chồi, cành, lá)

- Vì vậy để xử lý các chất ô nhiễm, người ta thu hoạch và tiêu hủy các bộphận tích lũy

- Cho đến năm 2002 đã phát hiện 420 loài có khả năng tích tụ kim loại nặngcao, trong đó: một số là nguần thực phẩm những thực vật lớn nhuyễn thể, cá(môi trường nước) địa y, rêu và thực vật có mạch (môi trường đất, không khí)rêu được sử dụng rộng rãi cho quan ttrawcs các kim loại nặng

- Lựa chọn sinh vật tích tụ trong nghiên cứu môi trường theo tính chất củasinh vật tích tụ

- Trong thực tế khó có loài đơn lẻ nào đáp ứng được đầy đủ các tính chất củasinh vật chỉ thị về tích tụ, trong các chương trình quan sát ô nhiễm phải khắcphục theo 2 cách:

+ Quan sát thụ động và thu mẫu (để phân tích hóa học) từ nơi cư trú đặc biệtcủa những sinh vật bản địa

+ Quan trắc chủ động (tại nơi cư trú) các sinh vật ở vùng không ô nhiễm

- Xác định các tác động ngắn hạn của liều lượng lớn chất ô nhiễm cấp tínhđến cá thể, quần thể và quần xã

- Xác định tác động tiềm năng của các chất ô nhiễm (tác động dài hạn củanhững lượng thấp các chất gây ô nhiễm khác nhau (mãn tính) để cá thể, quầnthể và quần xã.

- Xác định rõ tính mẫn cảm của những sinh vật điển hình đối với các chất ônhiễm đặc trưng

- Cung cấp tín hiệu sớm về sự ô nhiễm gây hại tiềm ẩn

- Các mô hình tác động và cách xâm nhập của các chất ô nhiễm vào hệ sinhthái

- Nghiên cứu các biện pháp xử lý và chống ô nhiễm

* Tiêu chuẩn để lựa chọn sinh vật trong thử nghiệm sinh học.

- Các tính chất như với sinh vật chỉ thị môi trường

- Còn cần phải có các tính chất khác:

+ Mẫn cảm và bền vững trong phản hồi đối với chất gây ô nhiễm

+ Ở ttrangj thái khỏe mạnh, không dễ bị nhiễm bệnh và kí sinh

- Phân biệt phép thử đơn loài và đa loài, thường sử dụng phép thử sinh họcđơn loài, mặc dù phép thử đa loài có ưu việt hơn

- Các thông số (chỉ tiêu) dùng để theo dõi sinh vật thử nghiệm (xác định tácđộng gây ra bởi ô nhiễm) khá đa dạng và thường là những thay đổi trong tâpquán, hình thái, sinh lý, sinh hóa

- Khi tiến hành các phép thử sinh học thường sử dụng các phương phápnghiên cứu trong nông học (thí nghiệm đồng ruộng, thí nghiệm chậu vại…) vìvậy cần tìm hiểu và tuân thủ đúng các phương pháp nghiên cứu tương ứng đểđảm bảo kết quả và phép thử sinh học đúng

2.2.1.5 Xây dựng bẩn đồ ô nhiễm

- Sử dụng sinh vật chỉ thị xây dụng bản đồ phân bố loài chỉ dẫn về phân bố ônhiễm

- Địa y mẫn cảm nhất với các loại chất gây ô nhiễm kết quả đặc biệt làsunfatdioxit (SO2) các quần xã địa y trong nguyên tố và vùng công nghiệpthường căn cứ vào biến đổi (không gian và thời gian) trong phan bố địa y theokhả năng chống chịu của các loại đặc trưng có thể xây dựng bản đồ về gây onhiễm SO2 ở cấp độ vùng và quốc gia.

- Rêu, vi nấm và một số loài ve cũng được sử dụng để xây dựng bản đồ ônhiễm 1 số chất khí

2.2.1.6 Phương pháp so sánh

- Hiện nay phát triển phương pháp so sánh chỉ thị sinh học môi trường đối vớicác hệ thống nước ngọt, trong đó xác định kiểu sinh thái đặc trưng và sử dụngcác phương pháp đo chọn lọc nhằm so sánh những thủy vực cùng kiểu nhưngkhông bị tác động

- Kết quả biểu thị ra tính tương đồng theo % của các điểm nghiên cứu điểm sốphần trăm >90% chứng tổ điểm đó không bị ô nhiễm

2.2.1.7 Sử dụng vi sinh vật

- Vi sinh vật là hợp phần quan trọng của các hệ sinh thái mà tính biến động

và độ phong phú của chúng bị chi phối bởi những thay đổi của các yếu tố môitrường và có thể trở thành chỉ thị cho những kiểu ô nhiễm nhất định

+ Sự có mặt của quần xã nấm nước thải là chỉ thị ô nhiễm mức độ cao

+ Sự có mặt của các vi khuẩn sống trong ruật và động vật chỉ thị cho ô nhiễmnước sinh hoạt

- Sử dụng thủy sinh, cốc nhựa khử trùng khi làm mẫu phân tích, nếu phân tíchmẫu trong vòng 1 giờ, mẫu cần bảo quản ở 40C từ 24-30 giờ

2.2.1.8 Sử dụng các loại đặc hữu quý hiếm

- Các loài đặc hữu là: các loài phân bố hẹp, thích ứng với môi trường sinh tháinhất định.

- Khi các yếu tố môi trường bị xâm hại, thì các loài đặc hữu đó bị suy giảm sốlượng cá thể hoặc không có hiện diện ở đó là cơ sở cho việc đánh giá tìnhtrạng và việc bảo vệ môi trường

2.2.1.9 Phương pháp diễn thế

- Sự phát triển của quần xã sinh vật theo thứ bậc liên quan đến những biến đổicấu trức loài, các quá trình tiến triển quần xã sinh vật theo thời gian và hướngxác định (tính kế tiếp của các quần xã có sự thay thế cho nhau trong từngvùng) được gọi là diễn thế

- Diễn thế xảy ra do môi trường vật lý thay đổi dưới sự tác dụng của quần xã

và có thể dự doán được

- Phương pháp dự báo diễn thế sinh thái:

+ Mô hình tính toán kinh nghiệm (diễn thế dinh dưỡng môi trường thủy vực)+ Lập bảng ma trận với tham số là tác động từ moi trường bên ngoài và cácdiễn biến có thể xảy ra tương ứng trong hệ (môi trường, đặc trưng sinh học)

III CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG NƯỚC

3.1 Đặc điểm môi trường nước

- Gồm các tài nguyên tái tạo: nước khí quyển, nước mặt, nước dưới đất, nướcbiển và đại dương.

- Phân biệt 2 loại thủy vực (nước chảy, nước tĩnh) với các đặc điểm khácnhau: O2, CO2, pH, nhiệt độ, TSMT, chất hữu cơ

- Phân vùng sinh thái :ngoại (TSMT < 0,5 %O), lợ (TSMT= 0,5-30%O), nướcmặn (TSMT >30%O)

3.1.2 Đặc điểm vật lý của nước thiên nhiên

- Nhiệt độ (do mặt trời, phân hủy chất hữu cơ đất) biến động theo địa y, mùa,thời tiết, ngày đêm) ảnh hưởng đến sinh trưởng sinh sản và di cư của sinh vậtsống trong nước

- Độ trong, đục (độ phù sa, chất lơ lửng, chất hòa tan và thủy sinh vật) ảnhhưởng đến phát triển của thực vật trong nước

- Màu: Phù sa (đỏ gạch), chất hòa tan (vàng cam-sắt), chất lơ lửng (trắng bùn, nâu đen-chất hữu cơ), thủy sinh vật (xanh nhạt-tảo lục, xanh đậm-tảolam, vàn nâu-tảo silic)

đục Mùi: tanh và hôi (vi khuẩn), tanh (Fe), trứng thối (H2S)

- Vị: Mặn (NaCl), ngọt (CO2), đắng, chát (Mg2+), chua (Fe,Na)

3.1.3.Đặc điểm hóa học của nước tự nhiên

- Các nguyên tố hóa học dạng iôn) nồng độ ppm: Cl-, Na+, SO42-, Mg2+, Ca2+,

K+, HCO3-, Br-, Sr

Các nguyên tố nồng độ ppb: B, Si, Fe, N,P, Mo,Zn, Cu, Mn, Ni, Al Trongnước biển thường chứa các chất này cao hơn nước ao, hồ

- Ooxxi hòa tan (DO) cần cho các hoạt động của thủy sinh vật trong nước:

>5ppm (bão hòa) tốt cho tôm cá; biến động theo mùa, thời tiết, ngày đêm, đôsâu, nhiệt độ và độ mặn

- CO2 hoaft an (do hô hấp của thủy sinh vật và phân hủy hữu cơ) rất cần choquang hợp tạo chât hữu cơ của thủy vực nhưng nồng độ > 10 mg/l ức chế thủysinnh vật.

- H2S (phân hủy protein, phản sunfat hóa yếm khí) phu thuộc pH, nhiệt độnước, rất độc đối với thủy sinh vật

- CH4 (phân hủy hữu cơ yếm khí) Nhiều CH4 nước có nhiều chất hữu cơ, chấtlượng kém

- NH3 (N hữu cơ, phân bón) hàm lượng NH3 tăng khi pH và nhiệt độ tăng, rấtđộc với tôm cá

- NH4+ thức ăn tự nhiên nhiều làm thực vật phù du phát triển quá mức

- NO2- độc với tôm cá

- NO3- dinh dưỡng dễ tiêu của thực vật, thức ăn cho tôm của thủy vực, quá caolàm tảo phát triển quá mức

- P dinh dưỡng của thực vật bậc cao, nguyên sinh động vật, vi sinh vật

- Si (nham thạch) cần cho tảo khuê, động vật

- BOD (Biologial Ooxxygen Pemomd – tiêu hao oxy sinh học) lượng oxi cầncho quá trình hô hấp của thủy sinh vật (trong điều kiện nhất định)xác định ởđiều kiện 200C trong 3 ngày (BOD3) hoăc 5 ngày (BOD5) nước có mật đọsinh vật cao thì BOD cao Dùng đánh giá mức độ giàu dinh dưỡng hay nhiễmbẩn của thủy vực

- COD (Chemical Oxygen Demand – tiêu hao oxi hóa học) lượng oxi tiêu tốncho sự phân hủy hữu cơ theo phản ứng:

(CHO)n + O2 = CO2 + H2O + Q

Môi trường nhiều chất hữu cơ thì COD càng cao: COD dùng đánh giá mức

độ ô dinh dưỡng của nước

3.1.4 Các chất gây ô nhiễm môi trường nước

- Theo nguồn gốc: tự nhiên (mưa, tuyết, gió, bão) và nhân tạo (xả thải nướcsinh hoạt, nước công nghiệp…vào môi trường nước)

- Theo bản chất: vô cơ, hữu cơ, kim loại nặng, chất dinh dưỡng, sinh vật, tácnhân vật lý (lý nhiệt, tia bức xạ…)

3.2 Hệ thống sinh vật chỉ thị đánh giá ô nhễm hữu cơ nguồn nước

3.2.1 Đặc điểm hệ thống sinh vật nước

- Một số quần xã sinh vật nước gồm các nhóm sinh vật: Sinh vật sản xuất –tạo ra các chất hữu cơ; sinh vật tiêu thụ - sử dụng các chất hữu cơ làm thứcăn; sinh vật phân hủy – phân hủy các chất hữu cơ

- Ỏ nơi bình thường, các loài sinh vật tụ hợp, mối tương tác (phức tạp) sẽ pháttriển giữa các loài, sau môt thời gian sẽ tạo ra quần xã sinh vật có đặc trưng rõràng

- Quần xã sinh vật có thể thay đổi khi điều kiện môi trường sống thay đổi Domối quan hệ tương tác mà chỉ cần một sự thay đổi trong những điều kiện môitrường tạo ra một hoặc nhiều thay đổi trong quần thể

- Môi trường tại một điểm quyết định phần lớn các cá thể có thể cư trú ở điểm

đó, và những sinh vật ở đó sẽ là những chỉ thị sinh học cho những thay đổimôi trường

3.2.2 Khái niệm về ô nhiễm nước và hệ hoại sinh

- Nếu nước thải mà không qua xử lý được xả vào nguần nước, có thể làm chonguần nước,dần dần bị ô nhiễm

- Do trong nước thải thường giàu chất hữu cơ, chúng xẽ làm thay đổi điềukiện môi trường tạo ra những sự diễn thế các quần xã của thủy vực (nướcchảy) tùy thuộc vào khoảng cách tới nguần xả